華中科技大學Energy Environ. Sci.：鈣鈦礦電池遲滯效應可調

【引言】

鈣鈦礦電池經過幾年的發展，其效率已經突破了22%，而遲滯效應是一直困擾鈣鈦礦電池的重要關鍵問題之一。目前已經有許多報道致力于研究遲滯效應出現的機理。普遍認為離子遷移，電荷捕獲/逃脫和電荷積累是解釋遲滯效應的理論基礎。然而，遲滯效應的真正起因卻仍未明晰。

【成果簡介】

近日，華中科技大學榮耀光副教授、胡玥博士等在Energy & Environmental Science上發表了一篇名為“Tunable hysteresis effect for perovskite solar cells”的文章。該研究針對一種TiO₂/ZrO₂/Carbon結構的可印刷鈣鈦礦電池展開，研究者通過控制致密TiO₂層（c-TiO₂）噴涂次數及臭氧處理時間實現了所制備器件遲滯效應的可調（即：典型遲滯、無遲滯和反轉遲滯效應）。并且通過分析這種可調諧遲滯現象，闡明了鈣鈦礦界面的極化和正電荷積累的可逆化。該研究表明了c-TiO₂/鈣鈦礦界面對器件工作過程的重要性，為鈣鈦礦電池的遲滯效應提供了重要的見解。

【圖文簡介】

圖1：介觀鈣鈦礦太陽能電池的結構圖與能帶圖

(a)可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池的結構圖；

(b)可印刷介觀太陽能電池的能帶圖。

圖2:可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池不同遲滯效應的J-V曲線

(a)典型遲滯效應器件的J-V曲線，反掃的性能優于正掃性能；

(b)無遲滯效應器件的J-V曲線，正反掃性能一致；

(c)反轉遲滯效應器件的J-V曲線，反掃性能低于正掃性能。

圖3:不同遲滯效應器件的性能隨掃速的變化關系

(a)典型遲滯效應器件；

(b)無遲滯效應器件；

(c)反轉遲滯效應器件。

圖4:遲滯效應指數與c-TiO₂噴涂次數和掃描速率的關系曲線

(a)遲滯效應指數與c-TiO₂噴涂次數的關系曲線；

(b)遲滯效應指數與掃描速率的關系曲線。

圖5：遲滯效應的電容特性曲線

(a)電子與空穴在器件各層中的傳輸示意圖；

(b)FTO薄膜與c-TiO₂/FTO薄膜的AFM圖；

(c-e)三種遲滯效應器件在不同掃速下的暗電流曲線。

圖6：反掃和正掃條件下的V_oc差值與掃描速率的關系曲線

(a)典型遲滯效應器件的V_oc差值隨掃描速率的變化曲線；

(b)無遲滯效應器件的V_oc差值隨掃描速率的變化曲線；

(c)反轉遲滯效應器件的V_oc差值隨掃描速率的變化曲線。

圖7：c-TiO₂/鈣鈦礦界面層的能帶及電荷傳輸復合過程圖

(a)無偏壓下c-TiO₂/鈣鈦礦界面層的能帶圖；

(b)小偏壓下c-TiO₂/鈣鈦礦界面層的能帶圖；

(c)大偏壓下c-TiO₂/鈣鈦礦界面層的能帶圖。

【小結】

研究者們通過改變噴涂c-TiO₂層的次數實現了鈣鈦礦電池遲滯效應的可調。并且通過研究界面處電荷積累的緩慢動力學過程和電荷復合機制，解釋了TiO₂/ZrO₂/Carbon可印刷介觀鈣鈦礦電池的可調遲滯效應。本文為鈣鈦礦太陽能電池遲滯效應提供了新的見解和分析。

文獻鏈接：Tunable hysteresis effect for perovskite solar cells，(Energy & Environmental Science，2017，DOI:10.1039/x0xx00000x)

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